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基于机器视觉的千粒质量测量仪的设计与试验

湖南农业大学学报（自然科学版） 2021年第4期47卷 476-481页

作者：胡正方向阳熊瑛林洁雯李亚军湖南农业大学机电工程学院湖南长沙410128

针对目前作物千粒质量测定中数粒耗时长、精度低、自动化程度低、不适应多品种计数等问题,基于机器视觉技术,设计了一种集称重和数粒为一体的千粒质量测量仪。测量仪主要由机架、摄像头、载物盘、称重传感器、控制器等部件组成。工作时... 详细信息

针对目前作物千粒质量测定中数粒耗时长、精度低、自动化程度低、不适应多品种计数等问题,基于机器视觉技术,设计了一种集称重和数粒为一体的千粒质量测量仪。测量仪主要由机架、摄像头、载物盘、称重传感器、控制器等部件组成。工作时,通过称重传感器获取种子质量,同时通过摄像头采集种子图像并上传到上位机进行图像分析处理,获取种子数量,最后通过自动计算获取种子千粒质量并将结果显示到软件界面,以便及时获取测量结果。为了实现种子图像中粘连种子的分割,获取精准的种子数量,首先通过去边框处理提取种子区域,再采用中值滤波、最大类间方差法和形态学运算对种子区域进行预处理,采用基于距离变换的分水岭算法分割图像,通过统计连通区域的数量获得种子数量。对油菜、玉米、水稻和黄豆种子分别进行100组数粒、称重和千粒质量的测定,结果表明,作物种子数粒误差均不大于1粒;称重准确率分别为99.86%、99.92%、99.86%、99.96%;千粒质量测定的准确率分别为99.93%、99.63%、99.61%、99.97%;测量1次作物千粒质量仅耗时约2 s。

关键词：机器视觉千粒质量测量仪分水岭算法

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基于倾角传感器的割台高度自适应调节系统

中国农业大学学报 2021年第11期26卷 200-208页

作者：龙震寰向阳李亚军胡正方刘安稳代秀峰湖南农业大学机电工程学院长沙410128

针对现有稻麦联合收获机割台高度自动调节系统存在传感器受环境干扰大、安装复杂和成本高等问题,提出一种基于车身倾角和割台倾角的割台高度间接测量方法,建立了相关的数学模型,并在此基础上研制一种基于倾角传感器的割台高度自适应调... 详细信息

针对现有稻麦联合收获机割台高度自动调节系统存在传感器受环境干扰大、安装复杂和成本高等问题,提出一种基于车身倾角和割台倾角的割台高度间接测量方法,建立了相关的数学模型,并在此基础上研制一种基于倾角传感器的割台高度自适应调节系统。通过数学模型验证试验对比计算割台高度与实测割台高度以验证数学模型的准确性,并采用割台高度控制精度试验、系统响应速度试验和模拟田间过障试验验证基于倾角传感器的割台高度自适应调节系统的控制效果。结果表明:1)计算割台高度与实测割台高度变化曲线相关性系数为0.97,验证了数学模型的准确性;2)割台高度控制最大误差为18 mm;3)割台平均上升速度为0.22 m/s,下降速度0.17m/s;4)在模拟田间过障试验中,相同过障条件下,开启该系统可将割台高度稳定性变异系数由未开启该系统条件下的10.77%降低为2.79%,鲁棒性好。本系统满足联合收获机的作业需求,适用于有小障碍物且较为平整的作业环境,可实现低成本、实时的自适应调节且安装方便。

关键词：联合收获机倾角传感器割台高度自适应调节

基于CFD两级注入式射流混合器设计与试验研究

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中国农业科技导报 2021年第6期23卷 86-96页

作者：周书娴石毅新蒋蘋湖南农业大学机电工程学院长沙410128

为解决射流混合器混合比小且不精确的问题,设计了一种两级注入式射流混合器。采用计算流体力学方法对两级注入式射流混合器内部的药水流动特性进行数值模拟。根据文丘里管的设计标准,借助CFD模拟计算不同喷嘴直径,获得最佳混合的喷嘴直... 详细信息

为解决射流混合器混合比小且不精确的问题,设计了一种两级注入式射流混合器。采用计算流体力学方法对两级注入式射流混合器内部的药水流动特性进行数值模拟。根据文丘里管的设计标准,借助CFD模拟计算不同喷嘴直径,获得最佳混合的喷嘴直径分别为9和21 mm。利用四因素四水平仿真设计,探究了喉管长度、扩收管短轴长度和扩散管角度对混合器出口面均匀度的影响。模拟结果表明,在一级喉管长度45 mm、二级喉管长度80 mm、一级射流扩收管短轴长度26 mm、二级射流扩散管角度7°时,变异系数最小,混合均匀度最佳。进一步仿真分析了不同混药比对混合器混合变异系数的影响,得出两级混合器可以在不同的混合比下达到相同混合效果。根据优化仿真结果,选取不同的流量与混药比对混合器进行对比试验,结果表明,同一混合比的试验值与实际值的最大误差为3.5%,且混合变异系数均在0.0412以下,证明混合器在300∶1~3000∶1时,均能达到较好的混合效果。同一混合比的模拟值与试验值的最大误差为12.1%,证明两级注入式射流混合器符合设计需求。

关键词： CFD 两级注入式射流混合器数值模拟变异系数

基于偏移补偿模型的极值点聚类苗带识别算法研究

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中国农业科技导报 2021年第5期23卷 86-97页

作者：肖菲菲蒋蘋胡文武廖荣华张丹慧金生湖南农业大学机电工程学院长沙410128

为实现田间管理机械自动导航驾驶,提高苗带轨迹识别精度,提出了一种基于偏移补偿模型的极值点聚类苗带识别算法。首先,以舵机调平单元为基础,利用激光雷达采集苗带数据构建2.5 D点云图像,通过建立偏移补偿模型获得矫正参数。然后,通过... 详细信息

为实现田间管理机械自动导航驾驶,提高苗带轨迹识别精度,提出了一种基于偏移补偿模型的极值点聚类苗带识别算法。首先,以舵机调平单元为基础,利用激光雷达采集苗带数据构建2.5 D点云图像,通过建立偏移补偿模型获得矫正参数。然后,通过极值检测算法获得聚类要素点,结合偏移补偿模型进行分层聚类。最后,通过最小二乘法对获取的苗带聚类点进行线性拟合,实现苗带轨迹的重构。通过对前视范围2000~3000 mm且标准行距为220 mm的机插秧水稻进行点云信息Matlab仿真,获得的苗带轨迹与真实苗带轨迹相比,最大横向偏差为16 mm,最大中位偏差为6 mm,运算耗时1.50 s。相比斜率虚化聚类苗带识别算法,最大横向偏差减小了29 mm,运算耗时减少0.14 s,提高了轨迹重合精度,增强了算法的实时性,可为水田管理机械低伤苗导航行驶提供理论依据。

关键词：激光雷达苗带识别极值检测偏移补偿模型改进K-means均值聚类

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农业信息技术开启农业发展新未来

村委主任 2024年第8期 55-57页

作者：陈娅湖南农业大学机电工程学院

农业信息技术是利用信息技术对农业生产、经营管理、战略决策过程中涉及的自然、经济和社会信息进行采集、存储、传递、处理和分析。农业作为国民经济的重要组成部门,其对信息化技术的需求日益增长。因此,农业信息技术是利用现代高新技... 详细信息

农业信息技术是利用信息技术对农业生产、经营管理、战略决策过程中涉及的自然、经济和社会信息进行采集、存储、传递、处理和分析。农业作为国民经济的重要组成部门,其对信息化技术的需求日益增长。因此,农业信息技术是利用现代高新技术改造传统农业的重要途径。文章介绍了我国农业信息技术的发展现状,分析了其存在的问题,探讨了我国农业信息技术的发展趋势,以期为促进我国农业信息技术发展提供参考。

关键词：改造传统农业农业信息技术信息化技术战略决策过程问题,探讨经济和社会发展趋势利用信息技术

重金属镉胁迫下棉花纤维品质和棉籽油质量的变化及评价

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农业环境科学学报 2024年

作者：周成轩曾邹果文玉姣周南周仲华周智罗伟湖南农业大学化学与材料科学学院湖南农业大学农学院湖南农业大学机电工程学院

为探究Cd污染对棉花纤维品质和棉籽油质量的影响，明晰棉花产物质量变化规律。本试验以棉花品种中棉所65为材料，设置6个土壤有效Cd浓度梯度：0.97 mg·kg-1(Cd1)、11.21 mg·kg-1(Cd11)、16.26 mg·kg-1(Cd16)、23.31 mg·kg-1(Cd23)、... 详细信息

为探究Cd污染对棉花纤维品质和棉籽油质量的影响，明晰棉花产物质量变化规律。本试验以棉花品种中棉所65为材料，设置6个土壤有效Cd浓度梯度：0.97 mg·kg-1(Cd1)、11.21 mg·kg-1(Cd11)、16.26 mg·kg-1(Cd16)、23.31 mg·kg-1(Cd23)、49.36 mg·kg-1(Cd49)和77.11 mg·kg-1(Cd77)。测定不同浓度Cd胁迫下棉花叶片SPAD值、净光合速率和各个器官的Cd含量、部分农艺性状、纤维品质及棉籽油质量，评价棉花纤维和棉籽油中Cd离子浓度。试验结果显示，Cd胁迫对棉花株高影响差异显著。Cd11处理棉花总生物量较对照处理显著增加。而当土壤中有效Cd达到23.3 mg·kg-1时，棉花总生物量显著下降。棉花富集Cd的主要器官为叶柄、茎和根，且不同浓度土壤Cd污染环境下棉花不同器官对于Cd的富集能力存在差异。随着Cd浓度的增加，棉花纤维上半部分平均长度、整齐度指数、纤维伸长率和纺纱均匀性指数显著降低，而对断裂比强度和马克隆值影响不显著。在Cd49和Cd77处理条件下，棉花纤维中Cd离子浓度超过GB/T18885-2020规定的总Cd浓度，棉花纤维使用存在风险。棉籽油中未检测到Cd离子，Cd胁迫对棉籽油的过氧化值影响不显著。随着Cd离子浓度增加，棉籽出油率先上升后下降，棉籽油的酸价增加，导致棉籽油质量下降。综上所述，棉花具有优异的Cd耐受性及Cd累积能力，Cd胁迫显著降低了棉花纤维上半部分平均长度、整齐度指数、纤维伸长率和纺纱均匀性指数，降低了棉籽油出油率，增加了棉籽油酸价。

关键词： Cd污染替代种植棉花生长纤维品质棉籽油

收获期油菜薹茎秆双层粘结离散元模型建立与优化

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农业机械学报 2023年第5期54卷 112-120页

作者：谢伟彭磊蒋蘋孟德鑫王修善湖南农业大学机电工程学院长沙410128 智能农机装备湖南省重点实验室长沙410128

针对与油菜薹机械化收获中的切割、夹持输送、打捆等关键环节密切相关的油菜薹茎秆离散元仿真模型缺乏准确粘结参数的问题,以“油蔬两用”双低型油菜收获期油菜薹机械化夹持段茎秆为研究对象,利用EDEM仿真软件提出三轴空间坐标法构建油... 详细信息

针对与油菜薹机械化收获中的切割、夹持输送、打捆等关键环节密切相关的油菜薹茎秆离散元仿真模型缺乏准确粘结参数的问题,以“油蔬两用”双低型油菜收获期油菜薹机械化夹持段茎秆为研究对象,利用EDEM仿真软件提出三轴空间坐标法构建油菜薹夹持中段茎秆双层粘结离散元仿真模型。采用Design-Expert软件依次设计了Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验,完成油菜薹夹持中段茎秆仿真粘结参数标定。利用标定的参数优化解构建剪切和径向压缩模型进行相应仿真试验,通过与物理试验对比分析,对模型参数进一步优化。结果表明,内芯-内芯的法向/切向接触刚度、表皮-内芯法向/切向接触刚度,以及表皮-表皮法向接触刚度对茎秆力学性能影响显著,分别为1.94×107、9.56×108、6.28×109N/m;所有力学模型的仿真值与实测值相对误差不大于3%,且茎秆受力变化趋势基本一致,表明标定优化后的参数具有可行性和准确性。所构建的油菜薹茎秆双层粘结离散元模型能表征其内部结构的力学特性差异,可为油菜薹茎秆相关系统的数值模拟研究提供模型基础。

关键词：油菜薹夹持段茎秆双层粘结模型参数优化离散元

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牵引式作业机具自动调平控制系统的研究

河南农业大学学报 2020年第3期54卷 439-445页

作者：吴帆蒋蘋胡文武罗亚辉金生湖南农业大学机电工程学院湖南长沙410128

建立了倾角传感器在不同工况下的数学模型,并通过卡尔曼滤波模型结合陀螺仪与加速度计数据,精确测量其机具的倾斜角度。牵引式作业机具自动调平控制系统使用自主研制的倾角传感器,并进行了卡尔曼滤波的静态和动态试验。静态试验结果表明... 详细信息

建立了倾角传感器在不同工况下的数学模型,并通过卡尔曼滤波模型结合陀螺仪与加速度计数据,精确测量其机具的倾斜角度。牵引式作业机具自动调平控制系统使用自主研制的倾角传感器,并进行了卡尔曼滤波的静态和动态试验。静态试验结果表明,倾角传感器静止时,卡尔曼滤波后数据最大误差0.05°,误差平均值0.01°,均方根误差≤0.014°。当开启旋耕刀后,传感器底部垫有海绵卡尔曼滤波后的数据最大误差0.3°,误差平均值0.12°,均方根误差≤0.023°,相比垫有塑料或泡沫稳定性有一定提升。动态试验结果表明,未遇障碍情况下,最大误差0.86°,误差平均值0.264°,均方根误差≤0.267°。单边履带遇到10 cm障碍时,最大误差0.62°,误差平均值0.375°,均方根误差≤0.163°。遇到20 cm障碍时,最大误差1.09°,误差平均值0.587°,均方根误差≤0.33°。

关键词：牵引式机具调平卡尔曼滤波倾角液压系统

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货箱自适应调平果园作业平台设计与试验

江西农业大学学报 2022年第3期44卷 714-724页

作者：金生蒋蘋杨俊朗吴帆胡文武湖南农业大学机电工程学院湖南长沙410128 湘潭生物机电学校湖南湘潭411100

【目的】针对南方丘陵山区果园地势起伏不平,现有果园作业平台存在振动大、坡道运输货物易倾翻等问题,设计一种具有货箱伺服调平功能的电动果园作业平台。【方法】通过理论分析及Amesim仿真,试制果货箱自适应调平果园作业平台样机,并测... 详细信息

【目的】针对南方丘陵山区果园地势起伏不平,现有果园作业平台存在振动大、坡道运输货物易倾翻等问题,设计一种具有货箱伺服调平功能的电动果园作业平台。【方法】通过理论分析及Amesim仿真,试制果货箱自适应调平果园作业平台样机,并测试样机的续航里程、货箱伺服调平等性能参数。【结果】其满载续航时间为3.4 h,最高行驶速度为4 km/h,最大升降高度1.52 m,最小转弯半径为0.89 m。台架试验中空载动态调平误差平均值小于1°;满载动态调平误差平均值小于1.5°,在设计的爬坡角度以内,调平稳定时间最长为4.32 s,果园实地测试中,作业平台以1 km/h的行驶速度,测试在10°和15°纵坡、-10°和-5°横坡的调平性能,最终货箱自动调平角度均保持在-2°~2°;【结论】通过试验分析,货箱自适应调平果园作业平台性能良好,能够满足丘陵山区果园的采摘、运输等环节需要。

关键词：果园机械化电动货箱调平